CN106658712B - 一种通信终端定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种通信终端定位方法及系统，属于通信领域。本发明方法包括如下步骤：基站发送带参数标签的数据到通信终端和云服务器；通信终端接收到数据后，加入自身信息后回传给基站；基站接收到通信终端发送的带参数标签的数据后，加入自身信息后转发给云服务中心；云服务中心通过三个或三个以上基站的带同一通信终端的参数数据，根据基站的坐标计算出通信终端的坐标；云服务中心将通信终端的坐标值发送给智能终端，本发明还提供了一种实现上述方法的系统。本发明通过云服务中心进行计算，对基站和通信终端的系统没有任何要求，不会占用基站和通信终端的系统资源，并能够快速实现通信终端的定位，不需要GPS信号，降低了维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种通信终端定位方法，还涉及一种实现所述通信终端定位方法的系统。
背景技术
目前Lora定位是指利用Lora节点测量到周边的3个或多个Lora网关/基站的无线信号，计算出Lora节点地理位置的定位方法。其定位误差和Lora基站的数量和分布相关，一般在5米至100米。由于受环境影响，Lora信号在传输过程中会发生反射、折射、多路径传输等现象，在同一地点不同时刻，会测量到不同的Lora信号，Lora信号受环境影响具有较大的随机性，在定位过程中，会发生定位结果的“跳动”现象，影响用户体验。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种通信终端定位方法，还提供一种实现所述通信终端定位方法的系统。
本发明通信终端定位方法，前提为所述通信终端和至少两个已知坐标的基站和云服务中心网络连接，本发明定位方法包括如下步骤：
A：基站发送带参数标签的数据到与之连接的通信终端和云服务中心；
B：通信终端接收到基站发送的带参数标签的数据后，加入自身信息后回传给基站；
C：基站接收到通信终端发送的带参数标签的数据后，加入自身信息后转发给云服务中心；
D：云服务中心通过三个或三个以上基站的带同一通信终端的参数数据，根据基站的坐标计算出通信终端的坐标；
E：云服务中心将通信终端的坐标值发送给智能终端。
本发明作进一步改进，所述通信终端和基站之间通过Lora无线连接，所述通信终端为Lora节点，所述基站为Lora基站。
本发明作进一步改进，所述云服务中心包括单台PC、单台服务器、服务器群、私有云、混合云和公共云中的一种或多种，所述智能终端包括单台PC、单台服务器、手机和平板电脑中的一种或多种。
本发明作进一步改进，所述通信终端与所述智能终端设置在一个设备上，或者分别设置在不同设备上。
本发明作进一步改进，所述参数包括OID、发送时间和/或发射功率，所述基站加入自身的信息包括ID、三维位置、接收到的信号强度和/或接收时间。
本发明作进一步改进，当所述参数为时间时，所述云服务中心根据每个基站发送两次数据的时间差，能够确定所述通信终端位于以其中两个基站为焦点的双曲线上；所述云服务中心根据双曲线方程计算所述通信终端的坐标。
本发明作进一步改进，当所述基站的数量为三个以上时，能够建立多个双曲线方程，多个双曲线方程的交点即为所述通信终端的坐标值。
本发明作进一步改进，当所述参数为时间时，所述云服务中心能够根据所述基站数据传播时间和传播速度，计算出所述通信终端与所述基站的距离，进而根据所述基站的坐标计算出所述通信终端的坐标值。
本发明作进一步改进，当所述参数为发射功率时，所述云服务中心能够根据所述基站的发射功率，及所述通信终端的接收功率，计算所述发射功率的传播损耗，然后根据信号传播模型将传播损耗转化为距离，进而根据所述基站的坐标计算出所述通信终端的坐标值。
本发明还提供一种实现所述通信终端定位方法的系统，包括通信终端、确定坐标值的基站、云服务中心和智能终端，所述通信终端、基站和云服务中心之间网络相连，所述基站用于分别向通信终端和云服务中心发送带参数标签的数据，并将通信终端返回的数据发送给云服务中心；所述通信终端用于收到基站发送的数据后，加入自身信息后转发给基站；所述云服务中心用于基站发送的数据计算出所述通信终端的坐标值，并将坐标值发送给智能终端；所述智能终端用于接收云服务中心发送的坐标值并显示。
本发明作进一步改进，所述通信终端和基站之间通过Lora无线连接，所述通信终端为Lora节点，所述基站为Lora基站，所述通信终端和基站通过有线或者无线与所述云服务中心网络连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通信终端能够确定自身的精确位置；还可以利用其他基站的信息来对位置进行微调修正。本发明通过基站与通信终端同时与云服务中心通信，并通过云服务中心进行计算，对基站和通信终端的系统没有任何要求，不会占用基站和通信终端的系统资源，并能够快速实现通信终端的定位，不需要GPS信号，降低了维护成本。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明定位系统包括设有Lora节点的通信终端D(简称Lora节点D)、与通信终端D通过Lora相连的3个以上确定坐标值的Lora基站、云服务中心和智能终端，本例为三个，分别为Lora基站A、Lora基站B、Lora基站C，各个Lora基站和智能终端分别通过网络与云服务中心相连，所述Lora基站A、Lora基站B、Lora基站C分别用于分别向通信终端和云服务中心发送带参数标签的数据，并将通信终端返回的数据发送给云服务中心；所述Lora节点用于收到基站发送的数据后，加入自身信息后转发给基站；所述云服务中心用于根据Lora基站两次发送的数据计算出所述Lora节点也就是通信终端的坐标值，所述智能终端用于接收云服务中心发送的坐标值并显示。
本例的Lora基站已经通过GPS或者北斗确定坐标值。本例的Lora节点D和Lora基站之间通过Lora无线连接，所述Lora为低功耗广域网的一种，是物理层或无线调制用于建立长距离通信链路，Lora技术具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特点，因此，本发明适用范围更广，成本更低。当然，本例的通信终端和基站也适用于其他无线或者有线网络，比如以太网、WIFI、Zigbee组网等。
本例的云服务中心可以为单台PC、单台服务器、服务器群、私有云、混合云或公共云等等中的一种或多种。本例的智能终端包括单台PC、单台服务器、手机和平板电脑中的一种或多种。本例的通信终端与所述智能终端设置在一个设备上，或者分别设置在不同设备上。比如，当所述Lora节点为带显示屏的智能设备时，所述Lora节点和所述智能终端可以为一个设备，用于室内等场所对所述智能设备的定位。当所述Lora节点为桥梁检测设备、山体检测设备时，为了尽可能的延长其使用期限，需要尽可能的功耗低，因此，只需要其具有收发信号功能，可以将用于显示坐标功能设置在与其通信的监控终端上，由于超低功耗，每个Lora节点能够使用几年甚至十几年。
如图2所示，本发明通信终端定位方法包括如下步骤：
A：基站发送带参数标签的数据到与之连接的通信终端和云服务器；
B：通信终端接收到基站发送的带参数标签的数据后，加入自身信息后回传给基站；
C：基站接收到通信终端发送的带参数标签的数据后，加入自身信息后转发给云服务中心；
D：云服务中心通过三个或三个以上基站的带同一通信终端的参数数据，根据基站的坐标计算出通信终端的坐标；
E：云服务中心将通信终端的坐标值发送给智能终端。
在步骤A和步骤B中，所述参数包括OID(即对象标识符，是为找到区分整体中的对象而添加的标记)、发送时间和/或发射功率，所述基站加入自身的信息包括ID、三维位置、接收到的信号强度和/或接收时间。
作为本发明的一个实施例，所述Lora基站A、B、C上带有GPS或北斗模块，可以实时获得卫星的时间。所述Lora基站A、B、C分别发送带OID、时间标签(年月日小时分钟秒毫秒)的数据(定位数据)到云服务中心和需要定位的Lora节点，所述需要定位的Lora节点收到定位数据后，加入自身的ID后分别回传给Lora基站A、B、C，所述Lora基站A、B、C收到数据后加入接收时间标签后立即转发到云服务中心，云服务中心根据Lora基站A、B、C两次发送数据的时间差，则可以确定通信终端位于以这两个基站为焦点的双曲线上。有三个以上的基站,则可以建立起多个双曲线方程。
具体地，本例需定位的Lora节点D坐标为(x,y，z),Lora基站A、B、C的坐标分别为(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)，(x3,y3,z3)节点D到Lora基站A、B、C的距离分别为da,db,dc。在XY平面上，根据双曲线的几何关系可以得到以下的关系式：
Lora节点D到各基站的距离差为：
求解上述二元方程组就可以得到两个解，即双曲线的两个交点，其中一个为Lora节点D的坐标，而另一个则需要通过一定的Lora基站A、B、C的坐标及与节点的距离等来进行排除。
同理在XZ平面和YZ平面上，也可以通过一样的方法来得到Lora节点D的坐标，三个方程得出的值两两重合的x,y，z即为所述Lora节点D的坐标。
当所述基站数量为三个以上时，能够建立多个双曲线方程，可以对根据三个基站的坐标计算出来的Lora节点D的坐标值进行修正。
作为本发明的第二个实施例，Lora基站A、B、C发送带时间参数的数据到云服务中心和需定位的Lora节点，Lora节点收到数据后立即回传给Lora基站A、B、C，所述Lora基站A、B、C加入收到时间参数后上传给云服务中心，云服务中心计算Lora基站A、B、C分别到Lora节点的数据传播时间，根据信号的传播传播速度和传播时间来计算Lora基站A、B、C分别到Lora节点间的距离，就可以获取如图1所示中的da,db,dc值。
由于Lora基站A、B、C由于带有北斗模块或GPS模块，所以Lora基站A、B、C的坐标(Xa，Ya，Za)，(Xb，Yb，Zb)，(Xc，Yc，Zc)为已知。设定需定位Lora节点D的坐标为(X，Y，Z)，云服务中心通过测量Lora节点到第i个Lora基站的时间Ti，将其换算为通信终端与Lora基站的距离d(T*i)，i表示第i个Lora基站，通信终端在获知三个以上的Lora基站的三维坐标，并分别计算出通信终端与这三个Lora基站的距离以后，通过公式：(d(T*i))2＝(Xi-X)2+(Yi-Y)2+(Zi-Z)2，就可以计算出节点D的坐标。从而达到定位的目的。
作为本发明的第三个实施例，Lora基站A、B、C分别发送带发射功率的数据，所述Lora节点接收到数据后，加入接收功率，然后分别转发给对应的Lora基站A、B、C，所述Lora基站A、B、C将发送功率数据和接收功率数据分别上传给云服务中心，云服务中心根据发送功率和接收功率计算传播损耗，使用理论或经验的信号传播模型将传播损耗转化为距离，则可以获取如图1所示中的da,db,dc值，而Lora基站A、B、C由于带有北斗模块或GPS模块，所以Lora基站A、B、C的坐标(Xa，Ya，Za)，(Xb，Yb，Zb)，(Xc，Yc，Zc)为已知。设定需定位Lora节点D的坐标为(X，Y，Z)，通过测量到第i个Lora基站的信号强度Ri和获知通信终端的标准信号强度R*i后，将其换算为通信终端与Lora基站的距离d(R*i，Ri)，i表示第i个Lora基站，在获知三个以上的Lora基站的三维坐标，并分别计算出通信终端与这三个Lora基站的距离以后，通过公式：(d(R*i，Ri))2＝(Xi-X)2+(Yi-Y)2+(Zi-Z)2，就可以计算出节点D的坐标。从而达到定位的目的。
本发明通信终端需要三个以上基站进行定位，其中三个为基础定位，其他基站可以对定位信息进行微调修正，以便定位更加精确。
本发明通信终端在无GPS等定位模块的前提下能够确定自身的精确位置；利用其他基站的信息来对位置进行微调修正。本发明通过基站与通信终端同时与云服务中心通信，并通过云服务中心进行计算，对基站和通信终端的系统没有任何要求，不会占用基站和通信终端的系统资源，并能够快速实现通信终端的定位，不需要GPS信号，降低了维护成本。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种通信终端定位方法，所述通信终端和至少三个已知坐标的基站和云服务中心网络连接，其特征在于包括如下步骤：
A：基站发送带参数标签的数据到与之连接的通信终端和云服务中心；
B：通信终端接收到基站发送的带参数标签的数据，加入自身信息后回传给基站；
C：基站接收到通信终端发送的带参数标签的数据，加入自身信息后转发给云服务中心；
D：云服务中心通过基站两次发送的带同一通信终端的参数数据，根据基站的坐标计算出通信终端的坐标；
E：云服务中心将通信终端的坐标值发送给智能终端，
所述参数包括OID、发送时间和/或发射功率，所述基站加入自身的信息包括ID、三维位置、接收到的信号强度和/或接收时间，其中，OID为对象标识符，
当所述参数为时间时，所述云服务中心能够根据所述基站数据传播时间和传播速度，计算出所述通信终端与所述基站的距离，进而根据所述基站的坐标计算出所述通信终端的坐标值。
2.根据权利要求1所述的通信终端定位方法，其特征在于：所述通信终端和基站之间通过Lora无线连接，所述通信终端为Lora节点，所述基站为Lora基站。
3.根据权利要求2所述的通信终端定位方法，其特征在于：所述云服务中心包括单台PC、单台服务器、服务器群、私有云、混合云和公共云中的一种或多种，所述智能终端包括单台PC、单台服务器、手机和平板电脑中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的通信终端定位方法，其特征在于：所述通信终端与所述智能终端设置在一个设备上，或者分别设置在不同设备上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的通信终端定位方法，其特征在于：当所述参数为时间时，所述云服务中心根据每个基站发送两次数据的时间差，能够确定所述通信终端位于以其中两个基站为焦点的双曲线上；所述云服务中心根据双曲线方程计算所述通信终端的坐标。
6.根据权利要求5所述的通信终端定位方法，其特征在于：当所述基站的数量为三个以上时，能够建立多个双曲线方程，多个双曲线方程的交点即为所述通信终端的坐标值。
7.根据权利要求1-4任一项所述的通信终端定位方法，其特征在于：当所述参数为发射功率时，所述云服务中心能够根据所述基站的发射功率，及所述通信终端的接收功率，计算所述发射功率的传播损耗，然后根据信号传播模型将传播损耗转化为距离，进而根据所述基站的坐标计算出所述通信终端的坐标值。
8.一种实现权利要求1-7任一项所述通信终端定位方法的系统，其特征在于：包括通信终端、确定坐标值的基站、云服务中心和智能终端，所述通信终端、基站和云服务中心之间网络相连，所述基站用于分别向通信终端和云服务中心发送带参数标签的数据，并将通信终端返回的数据发送给云服务中心；所述通信终端用于收到基站发送的数据后，加入自身信息后转发给基站；所述云服务中心用于基站发送的数据计算出所述通信终端的坐标值，并将坐标值发送给智能终端；所述智能终端用于接收云服务中心发送的坐标值并显示。
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